測地型GNSS 接收機的管理與應用

葛 楠

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統(tǒng)。可應用于軍事、導航、測繪、通信、氣象、農(nóng)林等眾多領(lǐng)域。2020年7 月，中國自行研制的“中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”，歷時20 余年終于全球組網(wǎng)完成，并宣布正式開通，是繼美國GPS、俄國GLONASS 之后的第3 個成熟完善的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

GNSS 接收機是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號并確定地面空間位置的儀器設備。衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量衛(wèi)星信號的接收設備，即GNSS 接收機。按接收機的用途可將其分類為導航型接收機和測地型接收機：導航型接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度；測地型接收機要用于精密大地測量和精密工程測量，定位精度較高。本文就測量用測地型GNSS 接收機（以下簡稱接收機），結(jié)合其技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對接收機的原理、特點、管理、應用、維護等方面進行介紹。

1 接收機介紹

（1）測量特點。測量設備的發(fā)展，從最初的經(jīng)緯儀測角、尺量距離定位，發(fā)展到全站儀測角、光電測距坐標定位，再到現(xiàn)在接收機的衛(wèi)星定位，每一次都是全新的轉(zhuǎn)變和技術(shù)突破。衛(wèi)星定位技術(shù)具有全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的特點，更重要的是不受距離和通視條件的限制，大大減少了測量工作人力、物力的配備需求、降低了作業(yè)難度和作業(yè)成本，同時還提高了測量作業(yè)效率，甚至特定情況的作業(yè)精度。

（2）物理性能。傳統(tǒng)測量儀器如全站儀，內(nèi)部有精密機械部件或光學元件，不能受到物理磕碰、撞擊，否則很容易損壞。而接收機則不同，主要有電路板、主板、芯片組層，加上安全的保護外殼，使其具有較強的適應環(huán)境和抗破環(huán)性能。以國產(chǎn)某設備為例，其性能參數(shù)為：工作溫度-45～75 ℃，防水防塵IP68（防30 min 水下1 m 浸泡），防撞擊IK08（2.5 kg 鋼制撞錘同等的機械沖擊力、抗3 m 跌落），防水透氣膜能防止在太陽暴曬、突降大雨等惡劣環(huán)境下水汽進入設備內(nèi)部。但在使用中要愛惜設備、精心使用、盡量避免意外發(fā)生，以保證儀器的穩(wěn)定性、安全性和使用壽命。

（3）設備產(chǎn)品選擇。國外品牌主要有徠卡、天寶、托普康等發(fā)展較成熟，國產(chǎn)品牌主要有南方測繪、中海達、華測、千尋位置、蘇一光、合眾思壯、思南等。國外品牌接收機相對性能更穩(wěn)定、精度更高，價格也高，可用于較高等級的首級控制網(wǎng)的控制測量。國產(chǎn)品牌近些年發(fā)展也很迅速，性能也很穩(wěn)定，價格合理，而且固件升級簡單方便，維修保養(yǎng)、技術(shù)支持等售后服務全面，能夠給廣大用戶帶來很大便捷。結(jié)合自主研發(fā)的手簿測量軟件，使作業(yè)更方便高效，能夠滿足各個行業(yè)絕大部分用戶的測量作業(yè)需求。

2 接收機的檢驗

2.1 開箱檢驗

首先確認外包裝完好，開箱后檢查接收機主機和手簿外觀、型號。再根據(jù)貨品清單檢查配件（可按需選購）：如各種數(shù)據(jù)線、電源線、充電器、鋰電池、電臺、天線、對中桿、托架、轉(zhuǎn)換頭，架設基站用的三腳架、基座、連接桿件等。檢查各種配件的外觀、型號、數(shù)量、連接，以及軟件光盤、說明書、合格證書等文件，保存妥當。然后進行開機檢查：設備和手簿開機，檢查信號燈、屏顯情況，使用藍牙及NF 分別進行連接檢驗。

2.2 實測檢驗

基準站架設選擇在空曠無遮擋、無干擾的戶外場，連接移動站測試設備的搜星能力和固定解情況。開闊地方測量結(jié)果較好，樹林和建筑角落等位置結(jié)果會比較差，甚至得不到期望的衛(wèi)星數(shù)量或得不到固定解，屬于正?，F(xiàn)象。

（1）精度測試?？梢試L試把移動站架設在不同的測試環(huán)境中，例如操場空曠和樹下墻角等有多路徑效應干擾的地方，以內(nèi)置電臺的數(shù)據(jù)鏈形式進行測試，通過10 min、1 次/s 的頻率對坐標數(shù)據(jù)進行采集，并對數(shù)據(jù)的定位精度、衛(wèi)星數(shù)量進行分析。

（2）距離測試?，F(xiàn)在的接收機一般均已支持全星座、全頻段。同時也可以對基準站內(nèi)置電臺的極限傳輸距離進行測試，一般可達5～10 km。測試結(jié)果可能受到不同天氣的影響，可進行多次測試。

3 接收機的管理

（1）管理臺賬。接收機應由專人負責，并建立嚴格的設備管理制度并嚴格執(zhí)行，同時建立完善的設備管理臺賬，并按照規(guī)范要求對設備進行定期檢定，檢定合格的設備才可以用于測量作業(yè)（表1）。

表1 設備管理臺賬

（2）崗前培訓。操作人員應具備一定的專業(yè)知識和職業(yè)素養(yǎng)，認真閱讀使用說明書并應掌握以下能力：熟悉接收機的按鍵及組合按鍵功能，信號燈不同顏色、不同閃爍頻率的含義，不同提示音的含義，掌握手簿測量軟件的基本應用、主機及手簿鋰電池的充電與保養(yǎng)，各種配件的連接使用等。經(jīng)過業(yè)務培訓合格后方可上崗操作。

（3）接收機的保護。手簿內(nèi)存儲了一個工程項目全部測量信息，包含坐標系統(tǒng)、控制點、放樣點、采集數(shù)據(jù)、圖形等重要數(shù)據(jù)，所以應做到專人專用，注意保密措施，必要情況應設置密碼，以免手簿意外丟失或他人隨意打開手簿，查看或修改配置或數(shù)據(jù)。原則上項目結(jié)束前不可以借給其他單位或個人使用，以免某些參數(shù)或數(shù)據(jù)發(fā)生改變而導致的施工質(zhì)量事故。

（4）數(shù)據(jù)的存檔與保存。測量數(shù)據(jù)應及時導出，并按照日期進行整理，做好備注說明，做到清晰明了、可追溯，同時做好存檔、保密工作。

4 接收機的應用

（1）測量模式。測量模式主要有3 種：①靜態(tài)測量，精度高可達毫米級，觀測時間長，主要用于項目的首級控制測量；②動態(tài)測量，精度可達厘米級，方便快捷；③PPK 測量，特點為不需要數(shù)據(jù)通信、作業(yè)距離長，是對動態(tài)測量的一種補充方式。

（2）工作模式。根據(jù)實際情況選擇適合的工作模式，基準站一般可分為外掛電臺、內(nèi)置電臺、內(nèi)置網(wǎng)絡等，移動站可分為電臺模式、內(nèi)置網(wǎng)絡、CORS 模式等。其中，移動站CORS 模式是利用多基站網(wǎng)絡RTK 技術(shù)建立的“連續(xù)運行參考站系統(tǒng)”，無需自行架設基準站，單個移動站可達到厘米級定位精度。

（3）手簿測量軟件。隨著科技的迅速發(fā)展，手簿及測量軟件也更新?lián)Q代，功能越來越全面智能，基本實現(xiàn)了目前作業(yè)需求，如坐標系轉(zhuǎn)換、基站平移、圖形作業(yè)、CAD 放樣，道路放樣，土方計算、電力線勘測、石油物探定位等功能。并可以與行業(yè)其他相關(guān)軟件，如南方Cass、緯地道路等進行數(shù)據(jù)共享。

（4）基準站架設。基準站應架設在地勢較高、視野開闊、無高大建筑和樹木、無較大金屬構(gòu)件、無大面積水域、無變壓器高壓線等磁場的地方，避免多路徑影響和信號干擾，并保證與移動站的作業(yè)距離。

（5）坐標系建立。新建工程選擇坐標系統(tǒng)、設置橢球、投影參數(shù)，然后選擇坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)計算的控制點，所選控制點應安全穩(wěn)固，數(shù)量應大于3 個，建議4～8 個為宜，且應分布在整個測區(qū)的外邊緣以能夠包含整個測區(qū)，以利用的最大邊長來控制測區(qū)內(nèi)部，從而得到合理的測量精度?？刂泣c所形成的形狀應盡量接近正多邊形，避免線性分布，否則會嚴重影響坐標系參數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。通過控制點坐標成果和采集的經(jīng)緯度成果進行參數(shù)計算，計算殘差滿足精度要求后確認應用，最后選擇多個控制點進行檢核。

（6）測量作業(yè)。在專業(yè)理論基礎之上，熟練掌握手簿測量軟件的應用是測量作業(yè)的直接環(huán)節(jié)，應結(jié)合實踐工作，詳細閱讀主機和軟件說明書，逐步學習總結(jié)提高。

5 接收機的維護

針對設備的維護工作，首要應詳細閱讀使用說明書中關(guān)于維護與保養(yǎng)及使用注意事項的內(nèi)容，其中的要求和主要事項較為全面，且針對性較強，首先避免基本的操作失誤導致的設備損壞，再做到設備使用和維護正確合理，以保證接收機的良好的技術(shù)狀態(tài)。一般使用過程中應做到以下5 點：

（1）每次測量任務結(jié)束后，要把接收機、手簿及配件擦拭干凈放在儀器箱內(nèi)保存。如果被雨淋濕，應在擦干后，放置在干燥、通風處進行自然干燥，避免設備生銹甚至電路短路造成損壞。如設備從低溫環(huán)境突然進入到室溫環(huán)境，應密閉保存一段時間再打開接收機箱體，避免凝結(jié)空氣中的水汽。設備長期不用，要注意采取防潮措施，定期檢查存放環(huán)境并更換干燥劑。

（2）在使用過程中如果遇到黑屏、卡屏，無法開機、無法連接設備、無固定解等情況，可及時與售后聯(lián)系，并根據(jù)溝通知識進行操作、升級、維修等方式解決問題。

（3）如果遇到意外浸水、短路、撞擊等情況，應及時與售后聯(lián)系解決，不可自行冒然開機或拆卸，以免帶來更大的數(shù)據(jù)損失和設備損壞。

（4）設備使用說明書中其他使用問題和注意事項，應重點、全面、詳細閱讀注意及實施。

（5）接收機的維護應每個月進行1 次，內(nèi)容包括外觀清潔、環(huán)境溫度檢查、濕度檢查、電池充電等，并開機測量檢查以確認設備的工作狀態(tài)，同時做好接收機的維護保養(yǎng)記錄。

6 結(jié)束語

測地型GNSS 接收機是測量行業(yè)主要的設備，目前已基本取代了傳統(tǒng)大地測量定位技術(shù)，它的出現(xiàn)與發(fā)展推動了該領(lǐng)域的全新發(fā)展與轉(zhuǎn)變。接收機正確合理的管理和應用，能夠使設備處于良好的性能狀態(tài)，同時延長設備的使用壽命，保證工程測量質(zhì)量，讓作業(yè)更準確、高效。